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这种淡水海绵可能暗藏神经系统进化的线索。图片来源:Willem Kolvoort
海绵是一种十分简单的生物,它们是“滤食大师”,每天可过滤数万升的水以收集食物。海绵没有大脑,甚至连一个神经元都没有,因此它们对这种复杂行为的掌握更令人印象深刻。
11月4日发表在《科学》上的一项研究表明,海绵利用一个复杂的细胞通信系统调节进食过程,并清除入侵的细菌。
“这是一项非常令人兴奋的研究,它让我们从新角度认识海绵。”美国耶鲁大学研究海洋无脊椎动物的进化生物学家Casey Dunn说,这些发现有助于了解动物神经系统是如何进化的。
细胞经常相互交流,神经元也是如此。它们通过微小、有针对性、被称为突触的连接传递电信号或化学信号。
此前的研究发现,尽管海绵没有神经元,但它们拥有编码蛋白质的基因,这些蛋白质有助于突触发挥功能。
为找到表达这些基因的细胞,欧洲分子生物学实验室(EMBL)进化生物学家Detlev Arendt和同事,对淡水海绵不同细胞的RNA进行了测序。
他们发现,海绵有18种不同类型的细胞。其中一些细胞中的突触基因是活跃的,而这些细胞通常聚集在海绵的消化腔周围。这表明,某种形式的细胞通信可能协调着海绵的滤食行为。
于是,研究人员利用X射线成像和电子显微镜研究了其中一种类型的细胞,他们将其称为神经分泌样细胞。研究人员发现,这种神经细胞会用长长的“触手”接触周围的环细胞。环细胞是一种具有毛发状突起的细胞,可驱动海绵的滤水系统捕获食物。
基于这两种细胞类型的相似性以及可分泌化学物质的基因表达,研究人员认为,这些具有“触手”的类神经细胞能够与环细胞沟通,从而可暂停海绵的滤水系统,以清除碎屑或外来微生物。
然而,这些神经样细胞并未组成真的神经系统,也没有迹象表明突触能使神经元快速进行交流。研究论文合著者、EMBL进化生物学家Jacob Musser说,相反,海绵中的这种细胞可能代表了真正神经系统进化的先兆。
“我们处在从拥有独立‘片段’到将它们更广泛结合在一起的中间点,但还没有获得创建快速传递信息的突触所需的互连性。”Musser说。
有些科学家认为,目前还很难证明神经系统是从海绵的这种细胞通信系统进化而来的。事实上,许多其他生物,包括单细胞真核生物在内,都含有相同的突触基因。
科学家希望将这项研究及其方法作为进一步研究“无处不在”的海绵的“出发点”,而其他海绵是否拥有类似的“蜂窝”通信系统,仍然是一个未解之谜。 (徐锐)
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